李潔利
機械工業部第五設計研究院

　　人類對膜的認識和研究具有悠久的歷史，對膜分離技術的研究是從20世紀30年代后開始的，直到50年代后才開展了更加廣泛深入的研究，并取得了迅猛的發展，使得膜分離技術在海水淡化、苦咸水淡化、工業給水處理、純水制備、工業廢水處理及某些特殊化工過程中得到逐步推廣和應用。目前常見的膜分離法主要有：反滲透（ReverseOsmosis，簡稱RO）、電滲析（Electrodialysis，簡稱ED）、超濾（Ultrafiltration，簡稱UF）、微濾（Microfiltration，簡稱MF）等。其中微濾膜屬多孔類型膜，孔徑范圍約為0.01um～10.0um，過濾原理屬于篩網過濾，近似于過篩機理，能夠截留所有比網孔大的顆粒、纖維和懸浮物，其原理如下圖所示。

　　微濾膜過濾具有以下特點：
　　（1）微濾膜膜內孔徑是比較均勻的貫穿孔,孔隙率占總體積的70％～80％，能將液體中大于額定孔徑的微粒全部攔截，過濾速度快。
　　（2）微濾膜是均一連續的高分子多孔體，具有良好的化學穩定性，無纖維和碎屑脫落，不會重新產生微粒影響濾出水的水質。
　　（3）微濾膜過濾中不會因壓力升高導致大于孔徑的微粒穿過微濾膜。即使壓力波動也不會影響過濾效果。
　　（4）使用微濾膜處理廢水與其他方法相比，不需要投加特殊的水處理藥劑，占地面積小，操作簡便，系統運行穩定可靠，易于控制、維修，處理效率高。
　　（5）由于微濾膜近似于多層疊置篩網，截留作用限制在膜的表面，極易被少量與膜孔徑大小相仿的微粒或膠體顆粒堵塞。如采用正交流結構的膜元件，由于其具有連續自清洗的特性，可以較好地解決這一缺陷。
　　微濾膜法處理工業廢水在國外的應用已經相當廣泛，但在國內的應用還較少。下面僅以我院承擔設計的亞實履帶（天津）有限公司廢水處理站項目作以簡介，以供參考。
　　亞實履帶（天津）有限公司是位于天津保稅區的外商獨資企業，由美國卡特彼勒公司、日本伊藤忠株式會社及日本SNT株式會社合資興建，主要生產工程機械的行走裝置和零部件。其中廢水處理站項目是整個工程的一個重要組成部分，它關系到整個工程能否順利投產。在該項目的設計過程中，進行了多方案的比較論證，在取得了相關試驗數據的基礎上，確定了微濾膜法作為油漆前處理廢水的處理工藝。廢水處理工藝流程如下：

　　該公司的油漆前處理廢水根據排放方式分為兩種：一種為連續排放，主要是脫脂漂洗水和磷化漂洗水，水量約16.35m³/d；另一種為每年兩次的定期排放，包括脫脂漂洗水、磷化漂洗水、脫脂液和磷化液，水量約75.72 m³/d（其中濃液約37.86m³/d）。由于在機加工工序中采用合成冷卻液并且磷化液配方中不含鋅離子，所以廢水中含油較少，不含鋅離子但COD_cr、BOD₅和磷酸鹽較高。基于上述水質水量分析，在廢水處理站內設置了三個廢水收集罐：1號、2號儲罐和定期排放儲罐。其中1號、2號儲罐負責收集連續排放的漂洗廢水；定期排放儲罐負責收集定期排放的脫脂液和磷化液，經計量分批與漂洗廢水一起處理。廢水水質為：

項 目 水 質 COD_cr 1212～1515 mg/l BOD₅ 360～450 mg/l 油 54～68 mg/l 磷酸鹽（以P計） 66～82 mg/l

　　主要水處理設備的設計參數： 1號和2號儲罐 有效容積 25m³（連續排放的漂洗廢水＋分批投加的定期排放濃液＋回流廢水） 結構型式 圓形立式錐底罐 攪拌型式 槳式攪拌機,功率5.5KW,減速機XLD5.5-6-1/43,轉數35r/min,槳葉直徑1250mm 溢流裝置 兩罐間溢流 取樣口 設置 監測儀器 靜壓式液位計和音叉式液位開關 定期排放儲罐 有效容積 35m³（油漆前處理系統的脫脂廢液＋磷化廢液） 結構型式 圓形立式錐底罐 攪拌型式 槳式攪拌機，功率7.5KW，減速機XLD7.5-7-1/47，轉數31r/min，槳葉直徑1400mm 取樣口 設置 監測儀器 靜壓式液位計和音叉式液位開關 1號、2號、3號和4號反應槽 水力停留時間 1號反應槽 5分鐘 2號反應槽 30分鐘 3號反應槽 5分鐘 4號反應槽 5分鐘 結構型式 方形平底 攪拌型式 1號反應槽 推進式攪拌機，功率1.5KW, 減速機XLD1.5-3-1/17，轉速88r/min，葉輪直徑250mm 2號反應槽 推進式攪拌機，功率3.0KW，減速機XLD3-4-1/17，轉速88r/min，葉輪直徑500mm 3號反應槽 推進式攪拌機，功率1.5KW, 減速機XLD1.5-3-1/17，轉速88r/min，葉輪直徑250mm 4號反應槽 推進式攪拌機，功率1.5KW, 減速機XLD1.5-3-1/17，轉速88r/min，葉輪直徑250mm 1號、2號、3號和4號反應槽 投加藥劑 1號反應槽 PAC（預留） 2號反應槽 氫氧化鈣 3號反應槽 硫酸 4號反應槽 硫酸 監測儀器 3號反應槽 PH計 4號反應槽 PH計 微濾機系統 過濾水量 4.2m³/h 每天運行6小時 膜結構型式 正交流結構的膜元件 膜孔徑范圍 0.003um～0.1um 出水罐 有效容積 18.75m³ 結構型式 圓形立式平底罐 溢流裝置 設置，排至調節池 監測儀器 靜壓式液位計 污泥濃縮罐 有效容積 4.0m³ 結構型式 圓形立式錐底罐 攪拌型式 槳式攪拌機，功率5.5KW, 減速機XLD4-5-1/29，轉速51r/min，槳葉直徑950mm 取樣口 設置 溢流裝置 設置，排至集水坑 監測儀器 超聲波液位計 氫氧化鈣配液槽 有效容積 5.40m³ 結構型式 方形立式平底罐 攪拌型式 推進式攪拌機，功率4.0KW, 減速機XLD4-4-1/17，轉速88r/min，葉輪直徑600mm 取樣口 設置 拆包隔斷裝置 設置 監測儀器 超聲波液位計

　　 水處理工藝說明：
　　1號、2號儲罐負責收集連續排放的漂洗廢水，兩個儲罐交替使用，即一個儲罐中的廢水進行處理，同時另一個儲罐接收排放的廢水。當其中一個罐注滿后，進水閥門自動將廢水導向空罐，該液位可以現場調節設定。攪拌機和廢水泵由操作人員啟動，當液位降低到設定的數值時攪拌機和廢水泵將自動停機。廢水泵為變頻泵，可根據微濾機的過濾出水量調節輸送水量。
　　定期排放儲罐負責收集定期排放的脫脂液和磷化液，經計量分批與漂洗廢水一起處理。倒罐泵由人工啟動，并能根據設定的排出量、定期排放儲罐低液位、1號或2號儲罐的高液位自動停泵。
　　1號反應槽主要考慮以后生產工藝更換藥液時使用，近期不使用。
　　2號反應槽投加氫氧化鈣是將廢水中溶于水的磷酸鹽變成不溶于水的磷酸鈣。為使廢水中的磷酸反應完全，需加入過量的氫氧化鈣，廢水的PH值會大于9.5。氫氧化鈣加藥泵為變頻泵，可根據進水流量自動投加。
　　3號反應槽投加硫酸可將出水PH控制在9左右，以使微濾機的工況達到最好。硫酸加藥泵由PH計控制自動啟停。
　　反應槽出水進入中間水箱，由過濾泵加壓將廢水送至微濾膜過濾，濾出水排至4號反應槽，循環水和濾出的物質返回至中間水箱再重新過濾，直至1號或2號儲罐中的廢水全部處理完，中間水箱中的廢水繼續濃縮至低液位，過濾泵停機，中間水箱中的濃縮廢液轉至污泥濃縮罐。當微濾膜的過濾水量低于設定流量時，微濾機將發出報警信號提醒操作人員使用清洗劑進行膜清洗以保證過濾水量和延長膜的使用壽命。
　　4號反應槽投加硫酸可將出水PH控制在6～9之間，出水排入出水槽。硫酸加藥泵由PH計控制自動啟停。
　　出水槽主要調節水量，使處理后的工藝廢水以穩定可控的水量流入生化系統，與生活污水一起進行生化處理。
　　污泥濃縮罐中污泥積累到一定的體積后，排除上清液，定期送至箱式壓濾機脫水，脫出的水排至集水坑，泥餅交市政部門處理。
　　廢水處理站設置了以可編程序控制器（PLC）為核心的自動控制系統，通過對各個設備的工藝參數進行監測分析并控制相應設備的運行，實現了整個廢水處理系統的自動化，從而保證了出水水質和系統穩定運行。操作人員可在控制室通過控制盤上的觸摸屏隨時觀察各個工藝設備的工作狀況，并能通過計算機修改控制程序和進行操作，所有運行數據均由記錄儀存入磁盤以便調用分析，全部工藝設備即可以在控制室操作又可以在現場操作，最大限度地降低了操作人員的勞動強度和人員數量。
　　經微濾膜法處理前后的廢水監測數據如下： COD_cr BOD₅ 磷酸鹽（以P計） 油 處理前 457 mg/l 91 mg/l 53.20 mg/l 9.5 mg/l 處理后 113 mg/l 9.17 mg/l 0.33 mg/l 0.1 mg/l 去除率 75% 89.9% 99.4% 98.9%

　　該廢水處理站于1999年7月開始進行調試，10月正式投入生產運行，目前整個處理系統及自動控制程序運轉正常，處理效果明顯，從而保證了工廠生產的順利進行。
　　鑒于目前國內制造膜濾設備的技術及質量可靠性稍差，因此該設計采用了部分進口設備，致使該項目的工程總投資較高，約500萬人民幣。但是隨著國內制膜技術水平及設備制造質量的提高及應用范圍的不斷擴大，微濾膜法處理工業廢水的技術以其工藝簡單、處理效果穩定和易于自控等優勢必將發揮更大的作用。
　　上述工程簡介和設計體會比較粗淺，僅作為機械工廠工業廢水處理的參考。